bài tập tiểu luận Khử trùng nước thải

1

I. VÌ SAO PHẢI KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI
1.1 Khái niệm khử trùng nước thải
- Nước thải là nước được thải ra sau khi được sử dụng (cho nhu cầu sinh hoạt
của con người hoặc nhu cầu sản xuất công nghiệp).
- Khử trùng nước thải là quá trình loại bỏ trong nước thải những vi sinh có khả
năng gây bệnh, là hàng rào cần thiết và cuối cùng chống lại sự phơi nhiễm của
người với những vi sinh gây bệnh, bao gồm virus, vi khuẩn và protozoa.
1.2 Vì sao phải khử trùng nước thải
Dựa vào sự phân tích ta có thể đưa ra 2 nguyên nhân chính cần phải khử trùng
nước thải và nước cấp sau đây:
 Theo yêu cầu của quy chuẩn Việt Nam về chất lượng nước sinh hoạt,
nước thải phải kể đến chỉ tiêu vi sinh
Chất lượng nước sinh hoạt QCVN 02:2009 BYT
TT
Tên chỉ tiêu
Đơn vị tính
Giới hạn tối đa cho phép
I
II
1
Coliform tổng số
Vi khuẩn/
100ml
50
150
2
E. coli hoặc Coliform
chịu nhiệt
Vi khuẩn/

100ml
0
20
- Giới hạn tối đa cho phép I: Áp dụng đối với các cơ sở cung cấp nước.
- Giới hạn tối đa cho phép II: Áp dụng đối với các hình thức khai thác
nước của cá nhân, hộ gia đình (các hình thức cấp nước bằng đường ống chỉ qua
xử lý đơn giản như giếng khoan, giếng đào, bể mưa, máng lần, đường ống tự
chảy).
Nước cấp cho sinh hoạt QCVN 01:2009 BYT
Tên chỉ tiêu
Đơn vị
Giới hạn tối đa cho
phép
Coliform tổng số
Vi
khuẩn/100ml
0
2

E.coli hoặc Coliform chịu nhiệt
Vi
khuẩn/100ml
0
Nước thải QCVN 24:2009 BTNMT
- Coliform : < 3000 MPN/100ml (loại A)
< 5000 MPN/100ml (loại B)
 Do trong quá trình xử lý chất lượng nước sinh hoạt và nước thải phải
qua nhiều công đoạn khác nhau do đó khả năng gây nhiễm vi sinh là
rất cao
Khử trùng là một khâu quan trọng cuối cùng trong hệ thống xử lý nước sinh

hoạt. Sau quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các
vi sinh vật đã bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần
phải tiến hành khử trùng nước.
Khử trùng nước thải là nhằm mục đích phá hủy, tiêu diệt các loại vi khuẩn gây
bệnh nguy hiểm hoặc chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý
nước thải.
Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học còn chứa khoảng 105 – 106
vi khuẩn /ml. Hầu hết các loại vi khuẩn có trong nước thải không phải là vi
trùng gây bệnh nhưng không loại trừ khả năng có vi khuẩn gây bệnh. Khi xả ra
nguồn nước cấp, hồ bơi, thì sẽ lan truyền bệnh rất lớn. Vì vậy cần phải tiệt
trùng nước thải trước khi xả ra ngoài.
Như đã biết, xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự
nhiên cho hiệu xuất xử lý và khử trùng cao nhất, đạt tới 99%, còn các công trình
xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo chỉ đạt 91 – 98%.
Biểu đồ sau đây biểu thị sự giảm số lượng vi khuẩn sau khi nước thải đã xử lý
qua một số công đoạn:
% giảm VK:



I. Nước thải trước khi xử lý
II. Sau bể lắng 1
III. Sau bể Aeroten
3

Với những phân tích như trên ta thấy rằng cần phải khử trùng truớc khi sử dụng
(nước cấp) và trước khi thải ra nguồn tiếp nhận (nước thải).
Theo giới chuyên môn, ô nhiễm vi sinh trong nước sẽ làm gia tăng nguy cơ các
bệnh liên quan đến đường ruột.
Tất cả các hoạt động trong sinh hoạt và sản xuất của con người đều tạo ra chất
thải. Các chất thải tồn tại ở dạng chất rắn, chất lỏng và thể khí. Ngoài các tạp
chất vô cơ, hữu cơ…trong nước thải còn có nhiều loại vi sinh vật như vi khuẩn,
vi trùng, virut gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn…. Nếu xả thải vào nguồn nước
cấp mà chưa qua khử trùng thì khả năng lan truyền bệnh là rất lớn. Tiêu chuẩn
của một nguồn nước tốt là phải loại trừ được các nguồn gây bệnh đó. Do đó,
khử trùng nước là một quá trình không thể thiếu được trong công nghệ xử lý
nước. Người ta nhận thấy rằng chỉ với các quá trình xử lý cơ học thì không thể
loại trừ được các loài vi sinh vật và vi trùng có trong nước. Do vậy, để có nguồn
nước đảm bảo an toàn vệ sinh trước khi thải vào các nguồn, bắt buộc phải tiến
hành các biện pháp khử trùng (khử trùng chỉ nhằm tiêu diệt những vi khuẩn,
virut loại có hại, gây bệnh, không phải tiêu diệt tất cả vi khuẩn có trong nước).

II. PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG NƯỚC
Cơ chế:
Cùng với các giai đoạn xử lý bậc một, bậc hai,… sẽ làm giảm nồng độ các chất
ô nhiễm (cặn lơ lửng, BOD,…) đáp ứng yêu cầu quy định thì số lượng vi khuẩn
gây bệnh cũng giảm đặc trưng bằng chỉ tiêu coliform (đạt 90-95%). Tuy nhiên
một số loại vi khuẩn gây bệnh vẫn còn, khi vào nguồn nước mặt gặp điều kiện
thuận lợi sẽ phát triển nhanh chóng. Sau khi xử lý cơ học, sinh học trong điều
kiện nhân tạo, vi khuẩn gây bệnh không bị tiêu diệt hoàn toàn.
Vì vậy để đảm bảo điều kiện vệ sinh, NT đô thị hoặc NT sinh hoạt sau xử lý cơ
học hoặc xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo cần phải khử trùng tiếp tục.
4

Để khử trùng nước thải, người ta sử dụng ba phương pháp là: phương pháp vật
lý, phương pháp hóa học, cơ học
2.1. Khử trùng bằng phương pháp vật lý
- Phương pháp nhiệt
Đây là phương pháp đơn giản và lâu đời nhất, giết được các vi thể gây bệnh như
các vi khuẩn, vi trùng, nang, trứng. Đó là biện pháp hiệu quả trong xử lý phạm
vi hộ gia đình, song không khả thi trong xử lý nước cấp cho cộng đồng, chỉ sử
dụng trong trường hợp khẩn cấp. Bằng cách đun sôi nước ở 100
0
C.
- Khử trùng bằng tia cực tím
Tia cực tím UV là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400nm. Độ dài
bước sóng của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biết của mắt thường.
Tia cực tím tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, tia cực tím có độ
dài bước sóng 254nm, khả năng diệt khuẩn cao nhất.
Trong các nhà máy xử lý nước thải, dùng đèn thuỷ ngân áp lực thấp để phát tia
cực tím, loại đèn này phát ra tia cực tím có bước sóng 253,7nm, bóng đèn đặt
trong hộp thủy tinh không hấp phụ tia cực tím, ngăn cách đèn và nước. Đèn
được lắp thành bộ trong hộp đựng có vách ngăn phân phối để khi nước chảy qua
hộp, được trộn đều để cho số lượng vi khuẩn đi qua đèn trong thời gian tiếp xúc
ở hộp là cao nhất. Lớp nước đi qua đèn có độ dày khoảng 6mm, năng lượng tiêu
thụ từ 6000 – 13000mocrowat/s, độ bền 3000 giờ đến 8000 giờ.
Là phương pháp khử trùng đối với nước trong, hiệu quả giảm đáng kể khi nước
đục hoặc chứa các phần tử như nitrat, sunfat và sắt.
Nước làm sạch bằng phương pháp này không bị thay đổi tính chất và vị của nó.
Tuy nhiên, phương pháp này giá thành cao chỉ thấy ở các nước phát triển
 Tia cực tím có ưu điểm khử trùng cao hơn Chlorine:
o Không tạo thành các độc tố
o Thời gian tiếp xúc ngắn và nhanh chóng được loại bỏ khỏi dung
dịch

o Thời gian khử trùng chỉ cần 6-10 giây trong khi Chor cần 15-30
phút
o UV khử trùng không ảnh hưởng đến quá trình xử lý hóa học
 Nhược điểm
- Chi phí cao
5

- Tuổi thọ đèn (3000- 8000 giờ)
- Độ xuyên sâu (khoảng 6mm)

- Khử trùng bằng siêu âm
Đây là phương pháp khử trùng triệt để nhưng tốn kém.
Dưới tác dụng của sóng siêu âm giết chết các tế bào thực, động vật, các vi sinh
và cả những cơ thể lớn hơn rất độc có trong nước uống và nước kỹ thuật.

2.2. Khử trùng bằng phương pháp hóa học:
Cơ sở của phương pháp này là sử dụng các chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men
của tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng. Các hóa chất thường dùng là các
halogen như: clo, brom, iod, clodioxit và các hợp chất khác của clo, ozon, kali
permanganat, hydro, peoxit,… Phương pháp khử trùng hóa học có hiệu suất cao
nên được sử dụng rất rộng rãi và có mọi quy mô.
- Sát trùng nước bằng clo và các hợp chất của clo
Bản chất tác dụng khử trùng của clo là quá trình oxy hóa khử diễn ra khi tương
tác clo và các hợp chất của nó với các chất hữu cơ ở mạng vi sinh. Axit tham
gia vào phản ứng với men khuẩn và phá hủy trao đổi trong mạng khuẩn.
Tẩy trùng bằng clo sẽ diễn ra quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, thí dụ các
chất mùn khoáng thành CO
2
, sắt (II) oxy hóa thành sắt (III); Mn(II) thành Mn
(IV), các chất huyền phù bền vững chuyển thành không bền vững do sự phân

hủy các chất keo bảo vệ.
Clo hóa có vai trò lớn trong việc làm sạch các tạp chất lơ lửng phân tán mịn
trong nước, khả năng làm mất màu nước và tạo điều kiện thuận lợi để làm trong
nước, lọc nước.
Clo hòa tan vào trong nước thành hai axit – clorua và clorat:
H
2
O + Cl
2
 HCl + HClO
Axit clorat rất yếu và sự phân ly của nó phụ thuộc vào pH của môi trường. pH
càng thấp nồng độ axit clorat càng cao và do có thể oxy hóa khử cao tạo điều
kiện khử trùng nước. Vì vậy, khử trùng nước bằng clo và các hợp chất chứa clo
nên tiến hành trước khi cho chất kiềm vào nước. Sử dụng phương pháp này diệt
khuẩn cho nước rất phổ biến vì hiệu quả cao và kinh tế.
Áp dụng: các trạm XLNT công suất < 1000 m3/ngày
6

Ưu và nhược điểm khử trùng chlorine
 Ưu điểm:
- Đáng tin cậy
- Rẻ tiền
- Đơn giản
- Ổn định và dễ dàng khống chế nồng độ dư lượng
 Nhược điểm:
- Độc hại và ăn mòn
- Có thể ảnh hưởng đến hương vị và mùi của nước
- Hình thành hợp chất có thể gây ung thư nếu nước thải có chứa các
tiền chất (tạo thành CHCl
3

)





- Khử khuẩn bằng ozon
Ôzôn là một chất khí có màu tím ít hòa tan trong nước và rất độc hại đối với con
người. Ở trong nước, ôzôn phân hủy rất nhanh thành ôxi phân tử và nguyên tử.
Ôzôn có tính hoạt hóa mạnh hơn Clo, nên diệt trùng mạnh hơn.
Ưu và nhược điểm khử trùng ozon
 Ưu điểm:
- Không tạo sản phẩm phụ độc hạiphản ứng với amonia
- Không tạo thành mùi và màu
- Không tồn dư trong nước
- Tăng vận tốc lắng của hạt lơ lửng
- Tăng DO, giảm nhu cầu oxi, giảm chất hữu cơ
 Nhược điểm:
- Phải đạt đến nồng độ ngưỡng để tạo điều kiện khử trùng (quá trình
hòa tan khó)
- Không hiệu quả với lưu lượng lớn
7

- Các chất hữu cơ có thể ảnh hưởng đến quá trình
- Giá thành cao và tốn năng lượng
Khả năng tiệt trùng của Ozon
Độ hòa tan của Ozon gấp 13 lần của oxy. Khi vừa cho vào trong nước khả năng
tiệt trùng là rất ít, khi Ozon đã hòa tan đủ liều lượng, ứng với hàm lượng đủ oxy
hoá hữu cơ và vi khuẩn trong nước, lúc đó tác dụng khử trùng mạnh nhanh gấp
3100 lần so với Clo, thời gian tiệt trùng xảy ra trong khoảng 3 – 8 giây.

Liều lượng cần thiết cho nước ngầm là 0.75 – 1mg/l; 1.0 – 3.0 mg/l nước mặt;
sau bể lắng 2 trong xử lý nước thải từ 5 – 15mg/l.
Phương pháp ozon hóa được dùng ngày càng nhiều để xử lý nước thải và nước
uống nhất là ở các nước phát triển, vì nó có hiệu quả trong việc khử các hợp
chất gây mùi vị khó chịu hay màu cho nước.
Tuy nhiên do thiết bị ozon hóa phức tạp, giá thành khử trùng cao nên việc sử
dụng ozon ở các nước đang phát triển còn bị hạn chế.

- Khử khuẩn bằng iod
Khử khuẩn bằng iod cần liều lượng cao, nhưng không hiệu quả khi nước khử
trùng có màu hoặc đục. Do dễ bay hơi trong các dịch thể nên phương pháp này
chỉ sử dụng khi khẩn cấp và bị hạn chế nhiều.
- Khử khuẩn bằng KMnO
4

Là chất oxy hóa mạnh, có hiệu quả chống lại vi khuẩn gây bệnh thổ tả nhưng
không hiệu quả đối với các mầm bệnh khác. Nó để lại các vệt màu trong thùng
đựng nên phương pháp này cũng rất ít sử dụng.

2.3. Tác nhân cơ học
- Lọc
- Siêu lọc
- Lọc nano

III. BẢN CHẤT KHỬ TRÙNG BẰNG CLO VÀ CÁC HỢP CHẤT CHỨA
CLO
3.1. Bản chất của quá trình khử trùng bằng clo và hợp chất chứa clo
8

Các nguồn chlorine thương mại phổ biến là chlorine (Cl

2
), hypochlorite canxi
[Ca(OCl)
2
] và hypochlorite natri (NaOCl). Chlorine có thể tan 7160mg/L trong
nước 20
o
C và nó phản ứng để tạo ra HOCl và HCl, HOCl tiếp tục ion hóa tạo ra
ion OCl:
Cl
2
+ H
2
O = HOCl + HCl
HOCl = OCl
-
+ H
+


Hypochlorite canxi và hypochlorite natri
hòa tan trong nước cũng tạo ra OCl
-
. Sự
hiện diện của các dạng chlorine phụ thuộc
vào pH của nước (xem hình trên), dạng
Cl
2
không hiện diện khi pH lớn hơn 2,
HOCl là dạng phổ biến nhất khi pH nằm

trong khoảng 1-7,48, HOCl=OCl
-
khi pH = 7,48 và OCl
-
thì cao hơn HOCl khi
pH trên 7,48. Mức độ nhạy cảm của vi sinh vật đối với các dạng chlorine phụ
thuộc rất lớn vào tốc độ khuếch tán vào trong tế bào, HOCl có hiệu quả khử
trùng mạnh hơn OCl
-
khoảng 100 lần do HOCl có kích thước phân tử nhỏ và
trung hòa điện tích nên dễ dàng khuếch tán vào tế bào hơn so với OCl
-
. Do đó,
chlorine chỉ có hiệu quả khử trùng cao khi pH nhỏ hơn 6. Không nên dùng
chlorine khi pH lớn hơn 7,48 và không được bón vôi trước khi khử trùng nước.
Các bào tử của vi sinh vật có khả năng chịu đựng chlorine ở nồng độ cao so với
tế bào sinh dưỡng bởi vì chlorine khó khuếch tán qua vỏ của bào tử.

Cơ chế tác dụng của chlorine trong khử trùng là HOCl phản ứng với hệ enzyme
oxy hóa glucose và các hoạt động trao đổi chất, kết quả gây chết tế bào. Phản
ứng này có liên quan đến sự oxy hóa của HOCl đối với enzyme có chứa gốc HS
-
. Đa số virus đều không có enzyme chứa gốc HS
-
nên chlorine hầu như khôngcó
tác dụng diệt hay bất hoạt virus (trừ một số trường hợp cụ thể được chỉ định).

Tốc độ của quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ
nước tăng đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chầt khử trùng, vì
quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly.

Tốc độ quá trình khử trùng còn phụ thuộc vào cả hàm lượng các chất hữu
cơ, các cặn lơ lửng và các chất khử khác. Khi trong nước có hàm lượng cao của
các chất này thì tốc độ quá trình khử trùng sẽ giảm đi đáng kể.
9

Khi cho clo tác dụng với nước, phản ứng đặc trưng xảy ra là quá trình thủy
phân clo, tạo thành axit hypoclorit và axit clohydric :
Cl
2
+ H
2
O


HOCl + HCl
Ở dạng phân ly ta có :
Cl
2
+ H
2
O


2H
+
+ OCl
-
+ Cl
-

3.2. Các phản ứng hóa học xảy ra khi cho Clo vào nước(Clo hóa nước)
Khi cho clo tác dụng với nước, phản ứng đặc trưng xảy ra là quá trình thủy phân
clo, tạo thành axit hypoclorit và axit clohydric :
Cl
2
+ H
2
O


HOCl + HCl
Ở dạng phân ly ta có :
Cl
2
+ H
2
O


2H
+
+ OCl
-
+ Cl
-

Cl
2
hòa tan rất mạnh trong nước (7160 mg/L ở 20
oC

và 1 atm).
Khi clo kết hợp với nước nó tạo thành hypochlorous acide
Cl
2
+ H
2
O > HOCl + H
+
+ Cl
-

Với hàm lượng Cl
2
thấp hơn 1000 mg/L và pH > 3 phản ứng thủy phân trên diễn
ra hoàn toàn.
Hypochlorous acide sau đó bị ion hóa thành hypochlorite ion.
HOCL • >OCl
-
+ H
+

Tương tự khi dùng clorua vôi làm chất khử trùng ta có :
Ca(OCl)
2
+ H
2
O


CaO + 2HOCl

2HOCl


2H
+
+ 2OCl
-

HOCl không phân ly là thành phần khử trùng chính trong nước, thành phần này
chỉ có giá trị cao ở pH thấp, điều đó cũng nói lên rằng quá trình dùng clo để khử
trùng trong nước chỉ có được hiệu quả cao khi tiến hành ở pH thấp.

10

* Khi nước có mặt amoniac hoặc hợp chất có chứa nhóm amoni, chúng có thể
tác dụng với clo axit hypoclorit hoặc ion hypoclorit để sinh thành các hợp chất
cloramin theo các phản ứng sau :
NH
3
+ HOCl  NH
2
Cl + H
2
O
monocloramine
NH
2
Cl + HOCl  NHCl
2
+ H

2
O
dicloramine
NHCl
2
+ HOCl  NCl
3
+ H
2
O
tricloramine
Sản phẩm monocloramine và dicloramine sinh thành tùy thuộc vào trị số pH của
môi trường. Trị số pH càng cao, lượng clo kết hợp để tạo thành dicloramine
càng thấp và nồng độ monocloramine càng cao. Hơn nữa, nhiều nghiên cứu cho
thấy rằng, năng lực diệt trùng của monocloramine thường thấp hơn so với năng
lực diệt trùng của dicloramine khoảng từ 3 đến 5 lần, so với clo, năng lực diệt
trùng của dicloramine lại thấp hơn từ 20 đến 25 lần. Chính điều đó giải thích vì
sao quá trình khử trùng lại xảy ra có hiệu quả hơn khi trị số pH của môi trường
thấp.
Để đảm bảo cho quá trình khử trùng đạt được hiệu quả hoàn toàn, người ta
thường tính đến một lượng clo dư thích hợp trong nước sau quá trình khử trùng.
Trong hệ thống khử trùng có chứa amoniac hoặc các hợp chất có chứa nhóm
amoni, lượng clo tham gia phản ứng để tạo thành cloramine được gọi là clo kết
hợp, tổng hàm lượng của clo tự do dưới dạng Cl
2
, HOCl và ClO
-
, lượng Clo kết
hợp được gọi là clo hoạt tính khử trùng, do khả năng diệt trùng của clo tự do và
clo kết hợp khác nhau mà lượng clo dư cần thiết để đảm bảo khử trùng triệt để

cũng được đánh giá ở mức khác nhau.

Sơ đồ sau thể hiện lượng clo dư theo quá trình cho clo vào khử trùng :
11


Hình: Đồ thị thể hiện lượng clo dư theo quá trình sử dụng clo khử trùng
Điểm tới hạn (breakpoint) rất quan trọng trong tính toán hàm lượng clo cho vào.
Điểm tới hạn là điểm bão hòa của các phản ứng khử trùng. Tại điểm tới hạn, clo
thêm vào sẽ trở thành clo dư. Để đánh giá hiệu quả của quá trình khử trùng
nước thải bằng clo, ta thường thực hiện bằng cách kiểm tra số dư lượng hóa chất
đã sử dụng và bằng cách xác định hàm lượng clo dư trong nước thải sau khi tiếp
xúc với clo.
Thông thường để đảm bảo hiệu quả của quá trình khử trùng, ta điều chỉnh lượng
clo cho vào sao cho hàm lượng clo dư còn lại trong nước thải sau khi tiếp xúc
không nhỏ hơn 1,5 mg/l.
* Khử clo dư trong nước: Khử dư lượng clo trong nước khi clo hóa với liều
lượng cao có thể dùng phương pháp hóa học. Khử clo bằng hóa chất như dùng
SO
2
, Na
2
SO
3
, Na
2
S
2
O
3

theo các phản ứng sau :
Cl
2
+ SO
2
+2H
2
O→ 2HCl + H
2
SO
4
Cl
2
+ Na
2
SO
3
+ H
2
O → 2HCl + Na
2
SO
4
4Cl
2
+ Na
2
S
2
O

3
+ 5H
2
O → 2NaCl + 6HCl + 2H
2
SO
4
Axit clohydric và axit sunfuric hình thành được trung hòa bằng độ kiềm dư của
nước. Để khử hết 1mg clo dư cần đến 0,9 mg SO
2
.
Ngoài ra có thể dùng than hoạt tính để lọc clo dư. Lớp lọc hấp thụ qua than hoạt
tính có chiều dày từ 2 đến 2,5m, kích thước hạt từ 1,5 đến 2,5mm, tốc độ lọc 20
12

- 30m/h. Tái sinh than hoạt tính khi nó hết khả năng hấp thụ clo được tiến hành
bằng rửa qua dung dịch kiềm nóng hoặc canxi hypoclorit.
Phương pháp làm thoáng bề mặt chỉ khử được một phần clo dư hòa tan, còn
hypoclorit do không bay hơi nên phương pháp này kém hiệu quả hơn. Khử clo
và cloramine bằng phương pháp làm thoáng chỉ đạt hiệu quả khi pH của môi
trường nhỏ hơn 5.
Để khử trùng nước nhiễm bẩn nặng, đặc biệt khi trong nước có nhiều vi trùng
có sức đề kháng cao với các chất oxy hóa và trong trường hợp cần khử màu,
mùi, vị của nước, có thể sử dụng liều lượng clo đến 10mg/l hoặc hơn để đảm
bảo cả hiệu quả khử trùng triệt để và cả việc oxy hóa các chất gây mùi vị. Tuy
nhiên khi lượng clo dư sau khử trùng còn quá lớn, nhất thiết phải tìm biện pháp
khử bớt clo dư xuống đến tiêu chuẩn cho phép từ 0,3 đến 0,5mg/l.
*Nồng độ chlorine cần thiết
Khi cho chlorine vào nước thải có chứa các chất khử (H
2

S, NO
2-
, Fe
2+
, Mn
2+
)
amonia và các amine hữu cơ
Đầu tiên khi cho chlorine vào nước thải nó sẽ phản ứng hết với các chất khử do
đó không có chlorine thừa (a - b):
H
2
S + Cl
2
→ 2HCl + S
Chlorine còn tác dụng với phenol tạo nên mono-, di- hoặc trichlorophenol tạo
mùi và vị của nước. Nó còn tác dụng với mùn trong nước tạo thành các hợp chất
chlor trong đó có chloroform CHCl
3
là chất gây ung thư.
Cho tới liều lượng b nó đã thỏa mãn nhu cầu về chlor đối với các chất khử, do
đó nếu tiếp tục cho thêm chlor vào nó sẽ tạo nên chloramine, chloramine tạo
nên một phần dư lượng ở dạng hợp chất chlor hữu dụng. Khi tất cả ammonia và
các amine hữu cơ trong nước thải phản ứng hết với chlorine (c) việc tiếp tục cho
thêm chlorine vào sẽ tạo nên phản ứng oxy hóa chloramine quá trình này sẽ làm
giảm dư lượng chlor (c - d) và tạo nên N
2
, NO
3
và NCl

3
. Việc giảm dư lượng
chlorine là kết quả của quá trình khử các nguyên tử chlorine đến mức oxy hóa
thấp nhất (chloride). Sau khi đã kết thúc quá trình oxy hóa các chloramine nếu
tiếp tục cho chlor vào nước thải thì sẽ tạo nên dư lượng chlor tự do hữu dụng do
đó đường biểu diễn từ điểm d sẽ đi lên. Điểm d được coi như là "điểm dừng"
13

của đồ thị. Việc xác định điểm dừng để xác định liều lượng chlorine cần sử
dụng cho quá trình xử lý ammonia và khử trùng nước thải (cần thiết phải có dư
lượng chlor tự do hữu dụng để bảo đảm cho quá trình khử trùng). Tuy nhiên
việc áp dụng điểm dừng để xác định liều lượng chlorine đòi hỏi kỹ thuật cao
cho nên ít được ứng dụng.
Để đơn giản hóa vấn đề trong việc xử lý nước thải sinh hoạt người ta xác định
dư lượng hợp chất chlor hữu dụng sau 15 phút tiếp xúc giữa nước thải và
chlorine nếu đạt nồng độ 0,5 mg/L thì liều lượng chlorine sử dụng là đủ và
người ta gọi đó là lượng chlorine cần thiết.
Để hoàn thành công đoạn xử lý nước thải bằng chlorine nước thải và dung dịch
chlor (phân phối qua ống châm lổ, hoặc suốt chiếu ngang của bể trộn) được cho
vào bể trộn trang bị một máy khuấy vận tốc cao, thời gian lưu tồn của nước thải
và dung dịch chlorine trong bể trộn không ngắn hơn 30 giây. Sau đó nước thải
đã trộn lẫn với dung dịch chlorine được cho chảy qua bể tiếp xúc được chia
thành những kênh dài và hẹp theo đường gấp khúc.
Thời gian tiếp xúc giữa chlorine và nước thải từ 15- 45 phút, ít nhất phải giữ
được 15 phút ở tải đỉnh. Bể tiếp xúc chlorine thường được thiết kế theo kiểu
plug-flow (ngoằn ngoèo). Tỉ lệ dài: rộng từ 10 : 1 đến 40 : 1. Vận tốc tối thiểu
của nước thải phải từ 2 - 4,5 m/phút để tránh lắng bùn trong bể.

14

Sơ đồ một bể tiếp xúc chlorine

Tổng chiều dài của kênh có thể tính bằng công thức:

trong đó
L: tổng chiều dài của kênh
V/Q: thời gian lưu tồn theo lý thuyết (t), hay thời gian tiếp xúc
W: chiều rộng kênh
D: chiều sâu mực nước trong kênh
Qmax: lưu lượng nước thải ở tải đỉnh
15

Người ta thường sử dụng thời gian tiếp xúc là 15 phút chiều rộng của kênh là
0,3 m và chiều sâu của nước trong kênh là 1,33 m.
Để dễ dàng loại bỏ các cặn lắng, bể tiếp xúc nên được lắp đặt các ống thoát
nước ở dưới đáy.
Canxi hipoclorit có công thức hóa học Ca(ClO)
2
, clorua vôi là sản phẩm của
quá trình phản ứng clo với vôi tôi, trong clorua vôi cũng có thể chứa đến 40 -
45% canxi hypoclorit với lượng clo hoạt tính từ 20 đến 25%. Clorua vôi dễ hút
ẩm và phân hủy khí clo nên cần được bảo quản khô ráo, cẩn thận.
Ca(OCl)
2
+ H
2
O



CaO + 2HOCl
2HOCl


2H
+
+ 2OCl
-
Clo dioxit có công thức hóa học là ClO
2
, clo dioxit là chất khí màu xanh, có
tính khử trùng rất mạnh vì nó có thể tiêu diệt vi khuẩn, các loại kí sinh trùng và
virus mà những hệ thống sử dụng clo khác không diệt được, dễ hòa tan trong
nước và kém bền dưới ánh sáng. Clo dioxit thường dùng để khử trùng nước có
chứa phenol hoặc có hàm lượng chất hữu cơ cao do không phản ứng tạo ra
clophenol. Clo dioxit được sản xuất trực tiếp tại chỗ bằng cách sục khí clo vào
dung dịch natri clorit hay canxi clorit đã được axit hóa :
2NaClO
2
+ Cl
2
→ 2ClO
2
+ 2NaCl
Ca(ClO
2
)
2
+ Cl
2

→ 2ClO
2
+ CaCl
2
Hạn chế của clo dioxit là giá thành cao và đòi hỏi kỹ thuật phức tạp, gây nguy
hại khi phản ứng với cacbon hoạt tính, tạo ra odor và gây ăn mòn thiết bị.
Lượng clo sinh ra phải được quan trắc thường xuyên trong hệ thống vận hành.
Natri hipoclorit có công thức hóa học là NaOCl, dung dịch NaOCl (chứa đến
12% lượng Clo) được chế bằng cách điện phân muối ăn hoặc phản ứng trực tiếp
clo với dung dịch NaOH. Hàm lượng clo hoạt tính phụ thuộc vào điều kiện phản
ứng và có thể có từ 6 đến 8g/l khí sử dụng quá trình điện phân hoặc có thể cao
hơn khi sử dụng phản ứng trực tiếp clo với dung dịch NaOH. Cũng giống như
clo ở dạng khí, NaOCl hòa vào nước sẽ tạo ra NaOH và HOCl.
NaOCl + H
2
O → NaOH + HOCl
16

HOCl


H
+
+ OCl
-

Ở điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp, dung dịch NaOCl dễ phân hủy, tạo khí Cl
2

và gây ô nhiễm môi trường.

MỤC LỤC
I. Vì sao phải khử trùng nước thải 1
II. Phương pháp khử trùng nước 3
III. Bản chất khử trùng bằng clo và các hợp chất chứa clo 7



17